升降機(jī)變頻器過(guò)流故障問(wèn)題的解決

周曉輝，胡會(huì)山，張 旭

Zhou Xiaohui, Hu Huishan, Zhang Xu

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心、河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

0 引 言

升降機(jī)在工件交接過(guò)程中以其控制簡(jiǎn)單、方便而普遍應(yīng)用。目前，我公司焊裝車間在前機(jī)艙底板線吊上工位、后地板線吊上工位采用單柱鏈?zhǔn)缴禉C(jī)，升降電機(jī)采用三菱A700系列變頻器控制。故障發(fā)生在前機(jī)艙底板線吊上工位，升降機(jī)將工件吊裝完畢后，剛上升時(shí)升降電機(jī)變頻器頻繁發(fā)生過(guò)流保護(hù)，導(dǎo)致線體不能正常運(yùn)行。

1 原因分析

升降機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生滑輪組抖動(dòng)現(xiàn)象，在吊裝工件上升過(guò)程中變頻器報(bào)過(guò)電流故障以及升降機(jī)電機(jī)發(fā)熱、發(fā)燙，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行。發(fā)生故障后通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析，總結(jié)出以下 3個(gè)方面。

1）升降機(jī)負(fù)載過(guò)大，導(dǎo)致瞬間電流過(guò)高

此故障問(wèn)題不但影響生產(chǎn)，電流過(guò)高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣系統(tǒng)、設(shè)備元件也產(chǎn)生了潛在危險(xiǎn)。前機(jī)艙底板線自行小車升降機(jī)采用的是 SEW 減速電機(jī)，電氣控制使用變頻器調(diào)速，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC將變頻器報(bào)警信息連入系統(tǒng)程序進(jìn)行聯(lián)鎖控制?，F(xiàn)場(chǎng)升降機(jī)在空車下降過(guò)程中運(yùn)行比較平穩(wěn)，但是在吊上工件向上加速運(yùn)行時(shí)發(fā)生變頻器報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)工件重量與升降機(jī)電機(jī)負(fù)載如表1、表2所示。

表1 工件重量

表2 鏈?zhǔn)缴禉C(jī)屬性

由于現(xiàn)場(chǎng)使用的是單柱鏈?zhǔn)缴禉C(jī)，升降中需要帶動(dòng)自行小車以及相關(guān)固定框架、軌道、滑觸線等配件結(jié)構(gòu)，且立柱、滑輪組等升降機(jī)配件機(jī)械結(jié)構(gòu)比較粗糙，安裝平整度精度低；同時(shí)升降機(jī)上部框架較重，形成“頭重腳輕”現(xiàn)象（圖1），造成升降機(jī)主體向前傾，升降機(jī)滑輪組在運(yùn)行中受力不均勻（圖2），升降過(guò)程中摩擦系數(shù)增大，使升降機(jī)整體負(fù)荷增大。當(dāng)變頻器帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)行中瞬間受到高電流沖擊，導(dǎo)致超過(guò)變頻器運(yùn)行允許電流，造成變頻器報(bào)警。

2）過(guò)程分析

在發(fā)生故障時(shí)變頻器報(bào)“0L”故障，經(jīng)過(guò)查詢是由于過(guò)電流造成，如圖3。監(jiān)控升降機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)階段的電流測(cè)量值如表3。

表3 電流測(cè)量值

通過(guò)表 3可知升降機(jī)在吊裝工件后，上升過(guò)程中電流超過(guò)變頻器設(shè)定的最大電流值，造成過(guò)電流報(bào)警現(xiàn)象。經(jīng)分析，得出造成變頻器過(guò)電流報(bào)警的原因如表4。

表4 過(guò)電流原因

通過(guò)對(duì)故障起因的分析，對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。

（1）如果轉(zhuǎn)矩提升設(shè)定值過(guò)大，可能會(huì)引起熱狀態(tài)過(guò)電流切斷，發(fā)生變頻器“0L”過(guò)電流報(bào)警。調(diào)節(jié)方式為帶上負(fù)載后觀察電機(jī)動(dòng)作，每次把轉(zhuǎn)矩設(shè)定值降低1%左右（圖4）進(jìn)行調(diào)整。

（2）如果在上升時(shí)加速時(shí)間設(shè)置過(guò)短，一定時(shí)間內(nèi)頻率急速變大，且轉(zhuǎn)矩增加，變頻器瞬時(shí)負(fù)荷增大，也可以造成變頻器報(bào)警現(xiàn)象（見圖5、圖6），可以通過(guò)增大升降機(jī)加速時(shí)間防止問(wèn)題發(fā)生。

（3）由于在發(fā)生報(bào)警時(shí)電機(jī)發(fā)燙有振動(dòng)現(xiàn)象，且升降機(jī)為單柱鏈?zhǔn)?，上升過(guò)程中重心不穩(wěn)造成整體框架搖晃，升降機(jī)配重滑輪組受力不均，電機(jī)負(fù)荷加大。

在檢查電機(jī)中發(fā)現(xiàn)：電機(jī)在制動(dòng)時(shí)振動(dòng)、發(fā)出噪聲，升降機(jī)上升不穩(wěn)定且升降過(guò)程中電機(jī)伴有發(fā)熱、發(fā)燙現(xiàn)象。分析其原因應(yīng)該為電機(jī)制動(dòng)器故障。通過(guò)拆開電機(jī)并使用標(biāo)準(zhǔn)塞尺檢查制動(dòng)器，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器間隙較?。ㄒ妶D 7），且長(zhǎng)時(shí)間未清理造成壓力盤上有較多的雜質(zhì)，運(yùn)行時(shí)壓力盤與摩擦片未完全脫開，但電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣容易引起電機(jī)或制動(dòng)器燒毀。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行摩擦生熱，過(guò)流繼電器、熱繼電器通常無(wú)法保護(hù)，造成電機(jī)溫度升高且表面發(fā)燙現(xiàn)象。

制動(dòng)器的工作原理：SEW 制動(dòng)器為直流勵(lì)磁盤式制動(dòng)器。制動(dòng)線圈分為兩部分，即加速線圈與保持線圈。當(dāng)電流從整流塊輸出之后進(jìn)入制動(dòng)線圈，加速線圈在極短的時(shí)間內(nèi)形成很大的電磁力克服彈簧的勢(shì)能將壓力盤完全回吸（此時(shí)制動(dòng)器打開）后經(jīng)極短的時(shí)間切換至保持線圈正常工作。

制動(dòng)器的特點(diǎn)：由于是雙線圈工作，所以制動(dòng)器吸合時(shí)間極短，對(duì)于制動(dòng)摩擦片幾乎形成零磨損。與制動(dòng)力矩相同的其他制動(dòng)器相比所占空間體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，通常維持制動(dòng)間隙周期較長(zhǎng)，維護(hù)方便。

制動(dòng)器的間隙調(diào)整參數(shù)范圍見表5。

表5 制動(dòng)器間隙調(diào)整參數(shù)

經(jīng)過(guò)對(duì)制動(dòng)器的間隙調(diào)整以及將其中的雜質(zhì)進(jìn)行清理后，升降機(jī)上升時(shí)電流下降到10～11A，在變頻器允許電流范圍之內(nèi)，基本上可以正常吊裝工件運(yùn)行。但是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況論證后發(fā)現(xiàn)升降機(jī)本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，升降機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要帶動(dòng)整個(gè)升降框架以及自行小車、軌道等鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)下部沒有其他支撐結(jié)構(gòu)，造成“頭重腳輕”現(xiàn)象，加大了升降機(jī)電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，所以要從根本上解決電機(jī)負(fù)載大的問(wèn)題，還需要將升降機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，穩(wěn)定重心，減小升降機(jī)額外負(fù)載。

3）問(wèn)題確立

經(jīng)過(guò)對(duì)問(wèn)題的反復(fù)排查、研究，最終將問(wèn)題鎖定在以下兩方面：

（1）制動(dòng)器間隙過(guò)小，壓力盤與摩擦片未完全脫開，摩擦發(fā)熱，造成電機(jī)負(fù)載增大；

（2）升降機(jī)結(jié)構(gòu)不合理，吊裝工件上升重心不穩(wěn)定，上部框架結(jié)構(gòu)造成額外負(fù)載增大，致使升降機(jī)變頻器過(guò)流報(bào)警。

2 改善思路

前機(jī)艙底板線吊上工位升降機(jī)為單柱鏈?zhǔn)?、整體框架結(jié)構(gòu)，且下部交接工位為可升降往復(fù)桿式滾床結(jié)構(gòu)（見圖 8）。要從結(jié)構(gòu)上修改需要考慮到以下4個(gè)方面問(wèn)題。

1）需要將框架式結(jié)構(gòu)修改為托盤形式，將原來(lái)固定自行小車鋁軌及上層輔梁的鎖軌機(jī)構(gòu)完全鎖死，并將上層輔梁使用固定鋼板焊接牢靠，升降機(jī)框架與設(shè)計(jì)的托盤干涉結(jié)構(gòu)完全重新切割并固定。

2）下部的往復(fù)桿式滾床與托盤干涉，必須將干涉的托盤臂設(shè)計(jì)成閉合式結(jié)構(gòu)（圖 9）。控制順序?yàn)橥斜P下降到位后，與往復(fù)桿式滾床干涉的托盤臂打開，再將工件交接完畢，往復(fù)桿縮回原位之后托盤臂再閉合，閉合到位后上升托起工件，完成交接動(dòng)作。

3）托盤臂支架與交接工位定位夾具支腿干涉，需要將干涉的部分避開，并在托盤臂上安裝帶緩沖作用的固定塊托住工件。由于工件在交接過(guò)程中振動(dòng)、沖擊等問(wèn)題造成托盤不能將工件精確地交接給上部自行小車。

4）托盤必須安裝工件檢測(cè)開關(guān)及托盤臂閉合裝置。開關(guān)支架安裝于托盤臂支架，在結(jié)構(gòu)上要能檢測(cè)到工件，不能造成與夾具支腿干涉，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試安裝。托盤臂閉合裝置由支架以及大拉力，長(zhǎng)行程絲杠組成，并在絲杠上安裝電磁開關(guān)，檢測(cè)其伸縮狀態(tài)。

升降機(jī)結(jié)構(gòu)改造不能影響正常生產(chǎn)，需要詳細(xì)策劃、組織，提前將需要的設(shè)備、人員、材料、電氣控制等方面準(zhǔn)備好，且由于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致一些元件磨損嚴(yán)重，需要更換以及做相應(yīng)的維護(hù)措施。

3 改善效果

通過(guò)調(diào)整制動(dòng)器間隙及對(duì)升降機(jī)結(jié)構(gòu)的改造，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間試運(yùn)行驗(yàn)證后，升降機(jī)運(yùn)行情況平穩(wěn)、可靠，電機(jī)運(yùn)行無(wú)噪聲、無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象產(chǎn)生，變頻器正常運(yùn)行，并在此期間沒有發(fā)生變頻器報(bào)警問(wèn)題。更換配重滑輪組之后，升降機(jī)升降過(guò)程抖動(dòng)現(xiàn)象比較輕微，可以實(shí)現(xiàn)工件的精確定位及準(zhǔn)確交接，達(dá)到了改善的預(yù)期目的。

升降機(jī)改造完成后電流測(cè)量值如表6所示。

表6 正常運(yùn)行電流值

如上所述，此次故障主要原因是，制動(dòng)器出現(xiàn)問(wèn)題沒有進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)措施，長(zhǎng)時(shí)間帶病作業(yè)與過(guò)負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，影響設(shè)備使用壽命。升降機(jī)設(shè)計(jì)不合理，重心偏移，機(jī)械磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，且使升降機(jī)立柱發(fā)生傾斜現(xiàn)象，配重不能起到穩(wěn)定重心的作用。在設(shè)備使用過(guò)程中一定要及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)對(duì)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行處理，不能帶病作業(yè)。

4 小 結(jié)

在采用了變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)中，雖然在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段已經(jīng)充分考慮了電機(jī)容量、變頻器容量以及各種周邊設(shè)備的容量等因素，但是當(dāng)變頻器設(shè)置狀態(tài)不當(dāng)，拖動(dòng)系統(tǒng)精度以及電源系統(tǒng)和對(duì)周邊噪聲處理不當(dāng)時(shí)，也會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作和故障。通過(guò)文中實(shí)例可以看出外部機(jī)械系統(tǒng)對(duì)變頻拖動(dòng)的影響，在設(shè)備的使用中要消除機(jī)械過(guò)負(fù)荷以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)那闆r，保證變頻器可靠運(yùn)行。